CC BY
44
УДК 665.622.43.0666
А. К. Вахитова, А. Н. Головач, А. А. Елпидинский
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ СМЕСЕЙ НА ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЯХ
Ключевые слова: нефть, эмульсия, обезвоживание, поверхностно-активное вещество, деэмульгатор.
Исследовано поведение реагентов и их композиционных смесей на смешанной эмульсии угленосного и девонского горизонтов. Выявлена деэмульгирующая активность реагентов, проявление синергизма композиционных смесей неионогенных и ионогенных ПАВ.
Keywords: oil, emulsion, dehydration, surface-active agent, demulsifier.
The behavior of the reactants and composition of the mixed emulsion mixtures and coal-bearing Devonian horizons. Revealed demulsibility active agents, display synergies composite mixtures of nonionic and ionic surfactants.
Введение
При промысловой подготовке нефти широко применяются реагенты-деэмульгаторы, которые играют важную роль в разрушении водонефтяных эмульсий. Ассортимент применяемых деэмульгато-ров и спектр их свойств настолько широки, что без сравнительной оценки комплекса свойств деэмуль-гаторов, невозможно их грамотное и эффективное использование.
Технологический и экономический эффект от применения деэмульгаторов может быть получен не только благодаря правильному подбору реагента, но и благодаря грамотному и рациональному использованию его в системе сбора и транспорта нефти и на установках подготовки нефти (УПН). Контроль сырья, поступающего на подготовку, по определенным показателям позволяет оценивать эффективность использования деэмульгаторов.
Деэмульгаторы делятся на две группы: ионоген-ные и неионогенные.
Ионогенные деэмульгаторы, в свою очередь, делятся на две подгруппы:
а) анионоактивные, образующие в водных растворах поверхностно-активные анионы. К ним относят алкилсульфатнатрия, нафтеновые кислоты и их соли - нафтенаты, сульфонафтены алюминия, кальция и др.
б) катионоактивные, образующие в водных растворах поверхностно-активные катионы. Например, соли первичных, вторичных, третичных аминов, четвертичные аммонийные основания и их соли.
Неионогенные деэмульгаторы — высокоэффективные соединения, неспособные к ионизации в растворах и находящиеся в них в молекулярной форме.
Неионогенные деэмульгаторы являются продуктами оксиэтилирования различных гидрофобных радикалов - алкилфенолов, фенолоформальдегид-ных смол, оксипропильных цепей и т.п.
Современные реагенты-деэмульгаторы для подготовки вязких и высоковязких нефтей, как правило, разрабатываются путем создания новых композиционных деэмульгирующих составов [1]. При этом компонентами композиционных смесей могут быть ранее известные вещества, используемые в различных областях науки и производства - в химии, нефтехимии, нефтепромысловой подготовке, нефтепе-
реработке и других смежных отраслях промышленности, а также вновь синтезируемые соединения, которым сообщается комплекс функциональных особенностей, обеспечивающих проявление двух, трех ли даже нескольких поверхностно-активных свойств [2].
Целью исследования, результаты которого приведены в данной статье, было изучение эффективности известных неионогенных реагентов-деэмульгаторов в процессе термохимического обезвоживания нефти, а также усиление их действия путем добавления к ним анионных или катионных поверхностно-активных веществ. В результате данных исследований должны быть выявлены наиболее эффективные композиционные реагенты-деэмульгаторы для эффективного обезвоживания нефти [3].
Экспериментальная часть
Исследования проводились на базе лаборатории НГДУ «Бавлынефть».
В качестве базовых реагентов для составления композиций были выбраны НПАВ - блоксопо-лимеры оксида этилена и пропилена различной структуры:
-Лапрол-6003 - несимметрично разветвлённый блок-сополимер на основе глицерина;
-Лапрол-4202 - прямоцепочный блоксопо-лимер на основе пропиленгликоля;
Добавками являлись анионные и катионные
ПАВ.
Анионные ПАВ (АПАВ):
- Алкилсульфат натрия (R-OSO3Na);
- н-олефинсульфонат (R-S03Na).
Катионные ПАВ (КПАВ): -ДФ-1:
Г О
I 3 II ©
С1 [,0(С1 К IЬ0ЦСИ,СН-,0)ь-С'С1 Ь-N)I
I Р ? ф е
С НО( С НСН 20 )с( СН2С HiO)d-C-C H2-NH 2R с 1
I Г ^ ? V
СН-.0(СНС I [:Оу ( :Н2С HjO)rC"-C H2-NH2R
где а+с+е = общая степень оксипропилирования, равна 50;
b+d+f = общая степень оксиэтилирования, равна 0; R = алкил фракции Q0 - Q6.
■ Ф-3761:
<рн3 О ¿н3
о
С1
где п = средняя степень оксиэтилирования, равна 10; Я = алкил фракции С10 - С16.
Анионные ПАВ являются известными веществами, получаемыми в промышленности, а в качестве катионных используются неклассические катионные ПАВ, полученные в институте Органической и Физической Химии имени А.Е. Арбузова (г.Казань) под руководством Фахретдинова П.С.
Отличием последних является то, что гидрофоб-ность длиноцепочных углеводородных радикалов разрывается полярными кислородсодержащими фрагментами. Такая структура повышает растворимость молекулы в воде, меняет ее адсорбционное поведение.
Исследования эффективности каждого реагента проводились на смеси нефтей бавлинского и сабан-чинского месторождений при различных температурах обезвоживания.
Перед определением эффективности композиционных смесей предварительно проверяли эффективность каждого отдельного реагента. Результаты испытания реагентов на трех последовательных ступенях обезвоживания представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты испытаний по обезвоживанию эмульсии ионогенными и неоиногенными ПАВ
Кол-во отделив- Остаточное содержание
W„ % шейся воды (в мл) воды в нефти после от-
Qр г/т за 120 минут при температуре, оС стаивания в % при температуре, оС
7 20,5 50 7 20,5 50
ДФ-1
90 50,25 3,00 7,00 11,25 47,10 42,15 35,80
120 50,25 4,00 8,00 15,00 45,95 40,80 28,95
Ф-3761
90 50,00 5,00 7,00 16,30 44,45 7,75 25,75
120 50,20 6,00 10,00 19,50 43,40 10,50 18,40
а-олефинсульфонат натрия
90 50,35 0,00 0,00 1,25 50,35 50,35 49,10
120 50,10 0,00 0,00 1,75 50,10 50,10 48,30
Алкилсульфат натрия
90 49,25 0,00 0,00 11,25 49,25 49,25 34,50
120 50,20 0,00 0,00 15,00 50,20 50,20 28,85
Лапрол-6003
90 50,05 19,0 20,00 23,00 19,40 16,75 7,50
120 50,65 20,0 23,00 25,00 17,70 8,55 1,25
Лапрол-4202
90 49,10 17,0 20,0< 24,00 22,95 15,20 2,15
120 49,65 18,0 20,0< 24,50 21,30 16,05 1,25
ТНН 2.1 партия №42
90 49,45 20,00 20,00 23,00 15,75 15,75 6,35
120 49,75 22,25 22,25 23,75 9,40 9,40 4,25
ТНН 2.1 партия №43
90 49,15 17,50 20,50 23,00 21,70 13,75 5,80
120 49,80 20,00 20,00 23,75 16,35 16,35 4,40
Диссолван (реагент сравнения)
90 49,15 14,25 14,50 23,00 28,85 28,35 5,80
120 50,25 20,00 20,00 24,25 17,10 17,10 3,40
Холостая проба (без реагента)
90 49,90 0,00 0,00 0,00 | 49,90 | 49,90 | 49,90
Q¡) - дозировка реагента на эмульсию; ~Ши - исходное содержание воды в нефти.
Опираясь на выше приведенные данные, делаем вывод об относительно низкой деэмульгирующей способности анионных и катионных ПАВ. Наибольшую глубину обезвоживания при дозировке 120 г/т показали реагенты марки Лапрол, а при дозировке 90 г/т - только Лапрол-4202.
Оценка деэмульгирующих свойств двухкомпозиционных составов на водонефтяной эмульсии НГДУ «Бавлынефть»
Далее обезвоживание эмульсии проводили с помощью ряда композиционных составов, полученных смешением реагентов, испытанных выше. Композиции следующие:
- Лапрол-6003 + ДФ-1;
- Лапрол-6003 + Ф-3761;
- Лапрол-6003 + а-олефинсульфонат натрия;
- Лапрол-6003 + Алкилсульфат натрия;
- Лапрол-4202 + ДФ-1;
- Лапрол-4202 + Ф-3761;
- Лапрол-4202 + а-олефинсульфонат натрия;
- Лапрол-4202 + Алкилсульфат натрия;
Все композиции смешивались из расчета Лапрол (ТНН): ионогенный ПАВ = 93:7. Такое соотношение выбрано исходя из ряда исследований, рассматривавших вопрос о наиболее предпочтительном соотношении в двухкомпонентных смесях. Результаты испытания представлены в табл. 2.
По результатам сводных данных, при дозировке 90 г/т самые эффективные результаты показали реагент Лапрол-4202 и композиции на его основе. К примеру, при использовании только Лапрола-4202 количество остаточной воды после обезвоживания при температуре 50 0С (III ступень обезвоживания) с дозировкой 120 г/т составило 1,25 %. А в смеси с а-олефинсульфонатом натрия количество остаточной воды снизилось до 0,1%. То есть, при смешении базового реагента с добавкой его эффективность отделения воды возросла.
Катионные ПАВ в качестве добавки в двухком-понентном реагенте сработали относительно лучше, чем анионные при меньшей дозировке (90 г/т), а при большей дозировке (120 г/т) сработали хуже. В смеси Лапрол-6003 и ДФ-1 количество остаточной воды после обезвоживания при температуре 50 0С с дозировкой 90 г/т составило 3,8 %. А в смеси с а-олефинсульфонатом натрия количество остаточной воды равно 4,0%.
Как базовый реагент в двухкомпонентной смеси наиболее эффективным был Лапрол-4202. Количество остаточной воды после обезвоживания в смеси Лапрол-6003 и ДФ-1 при температуре 50 0С с дозировкой 120 г/т получилось 2,0 %. А с Лапролом-4202 количество остаточной воды составило 0,2%.
На основании двух этапов работы сделан вывод о том, что Лапрол-4202 - прямоцепочный блоксопо-лимер на основе пропиленгликоля в смешении с анионным Алкилсульфатом натрия (R-OSO3Na) показал наиболее эффективный результат на нефтяной эмульсии НГДУ «Бавлынефть» с дозировкой 120 г/т. Смешение двух реагентов и одновременное их действие в одном направлении обеспечило более высокую степень обезвоживания нефти.
Таблица 2 - Результаты испытаний по обезвоживанию эмульсии двухкомпонентными композициями ПАВ
Кол-во отделившейся Остаточное содержа-
Qр г/т W„ % воды (в мл) за 120 минут при температуре, оС ние воды в нефти после отстаивания в % при температуре, оС
7 1 20,5 1 50 7 20,5 50
Лапрол-6003 + ДФ-1
90 50,9 12,0 21,0 24,5 35,4 7,5 3,8
120 51,0 15,0 21,0 25,0 30,0 10,0 2,0
Лапрол-6003 + Ф-3761
90 50,2 11,0 22,0 24,0 36,2 11,1 4,3
120 51,2 17,0 23,0 25,5 26,1 9,6 0,4
Лапрол-6003 + а-олефинсульфонат натрия
90 51,0 10,0 20,0 24,5 38,8 18,4 4,0
120 50,4 11,0 21,5 25,0 36,3 12,9 0,7
Лапр ол-6003 + Алкилсульфат натрия
90 50,9 10,0 20,0 24,0 38,6 18,2 5,6
120 50,6 13,5 21,5 25,0 32,3 13,3 1,2
Лапрол-4202 + ДФ
90 50,9 16,0 23,0 25,0 27,7 9,0 1,7
120 51,1 17,0 24,0 25,5 25,9 6,0 0,2
Лапрол-4202 + Ф-3761
90 51,2 16,5 24,0 25,5 27,2 6,2 0,5
120 51,1 17,0 24,0 25,5 25,9 6,0 0,2
Лапрол-4202 + а-олефинсульфонат нат| эия
90 51,1 17,0 24,5 25,5 26,0 4,2 0,3
120 51,0 18,0 25,0 25,5 23,5 2,1 0,1
Лапр ол-4202 + Алкилсульфат натрия
90 51,1 20,0 22,0 24,0 18,4 12,6 5,9
120 51,0 20,0 25,5 25,5 18,4 0,1 0,1
ТНН-2.1 партия 43 + ДФ-1
90 50,6 6,0 17,0 23,5 43,9 25,1 6,8
120 51,2 9,0 23,0 25,5 40,5 9,7 0,5
ТНН-2.1 партия 43+Ф-3761
90 51,6 6,0 17,0 25,0 45,0 26,7 3,2
120 51,4 10,5 20,0 25,0 38,4 18,9 2,7
ТНН-2.1 партия 43 + а-олефинсульфонат натрия
90 51,0 5,0 20,0 25,0 45,6 18,3 2,0
120 51,2 8,0 22,0 25,5 41,9 12,9 0,4
ТНН-2.1 партия 43 + Алкилсульфат натрия
90 51,2 5,0 20,0 25,0 45,7 18,6 2,3
120 51,3 8,0 22,0 25,5 42,1 13,1 0,7
Холостая проба (проба без реагента)
- 51,5 0,0 0,0 I 0,0 I 51,5 I 51,5 I 51,5
Литература
1. Р.Х. Фасахов, И.Н. Дияров, Р.Ф. Хамидуллин Оценка моющего действия и смачивающей способности ПАВ// Нефтяное хозяйство №12, 1996. - С.64-67.
2. Ф.Ф.Хамидуллина, Р.Ф. Хамидуллин, Р.Х. Мингазов, И.К. Киямов Разработка композиционного деэмульгато-ра для процессов подготовки продукции нефтяных скважин на поздней стадии эксплуатации месторождения// Вестник КТУ, №7 - 2014. - С.258.
3. С. Е. Плохова, Э. Д. Саттарова, А. А. Елпидинский, Изучение влияния анионных и катионных ПАВ на де-эмульгирующую эффективность неионогенных ПАВ// Вестник КТУ, №16 - 2012. - С.3.
© А. К. Вахитова - магистр каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, alina4616@mail.ru; А. Н. Головач - инженер лаборатории НГДУ «Бавлынефть», alsusha13@yandex.ru; А. А. Елпидинский - доцент кафедры химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, sinant@yandex.ru.
© A. K. Vakhitova - a candidate for a Master's degree of Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing KNRTU, alina4616@mail.ru; A. N. Golovach - engineer of laboratory OGPD «Bavlyneft»; A.A. Elpidinsky - Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, of Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing KNRTU, sinant@yandex.ru.
